Origine moléculaire de la phase smectique C simulation, expérimentation, théorie et philosophie

Abstract

L'importance technologique des cristaux liquides se reflète dans leurs nombreuses applications répandues dans la vie quotidienne, principalement dans le domaine de l'affichage. Parmi les phases liquides cristallines, certaines sont plus intéressantes que d'autres au niveau des applications. La phase smectique C est l'une de celles-ci. Malheureusement, le développement de nouvelles molécules dotées de cette phase comporte une grande part d'essai-erreur. Ce travail vise l'amélioration de la compréhension des facteurs microscopiques qui mènent à l'apparition de la phase liquide cristalline smectique C. Une telle connaissance accélérerait la recherche de nouvelles molécules et donc de nouvelles applications technologiques. Au sens plus large, cette étude s'inscrit dans une démarche philosophique qui tente de mettre à l'épreuve les idées du concept d'émergence en science. La recherche sur les cristaux liquides constitue un terrain d'essai pour ces idées. Ces dernières servent à mettre en lumière les forces et les faiblesses de la simulation et donc de mieux interpréter les résultats. L'approche employée dans ce travail intègre la simulation, l'expérimentation ainsi que des modèles théoriques. La méthode dite multiéchelle du laboratoire Soldera est appliquée pour le volet simulation. Elle consiste en une séquence de différents types de simulations : ab initio , dynamique moléculaire atomistique puis mésoscopique. Grâce à la simulation, le comportement microscopique de seize molécules différentes est reproduit par dynamique moléculaire atomistique sur une plage de température allant de 300K à 650K. Les seize molécules different les unes des autres par des changements sur la longueur des chaînes terminales ainsi que des changements sur le type de corps rigide. Expérimentalement, certaines présentent la phase smectique C et d'autres non. Les résultats des potentiels d'interactions intermoléculaires obtenus par la simulation ont été compares au polymorphisme expérimental (phases exprimées, températures de transitions, etc.) des molécules. Les données expérimentales sont tirées de la littérature ou de travaux antérieurs du laboratoire Soldera. Cette comparaison permet d'établir des corollaires entre le comportement microscopique et macroscopique des molécules. Le résultat le plus notoire de ce travail est que les molécules ayant de plus fortes interactions coulombiennes présentent plus souvent la phase smectique C. Ce résultat corrobore certains modèles théoriques basés sur les interactions intermoléculaires pour expliquer l'apparition de cette phase. Par ailleurs, les résultats de simulations permettent de prédire le comportement expérimental d'une série de molécules qui n'a pas été synthétisée à ce jour. La vérification éventuelle de cette prédiction permettrait de valider la méthode employée dans cet ouvrage. Finalement, les conclusions de ce travail expliquent l'importance d'effectuer des simulations sur d'autres molécules caractérisées expérimentalement dans la littérature. Ces nouvelles comparaisons entre données expérimentales et de simulations permettraient de contfirmer ou de nuancer les observations faites dans ce mémoire.